Рассмотрена история создания Национального банка генетических ресурсов растений Украины как составной части мировой системы генбанков. Освещена его роль в эффективном использовании генофонда растений и его сохранении для современного и будущих поколений.
Ключевые слова: генбанк растений, Украина, генофонд, образец, коллекция, сохранение.
The history of creation of the National Bank of Plant Genetic Resources of Ukraine as an component of the world genebank system is considered. Its role in the effective use of plant gene pool and its conservation for present and future generations is highlighted.
Key words: plant genbank, Ukraine, gene pool, sample, collection, conservation.
Генетическое разнообразие растений играет определяющую роль в удовлетворении разносторонних, постоянно растущих жизненных потребностей людей, обеспечении функционирования экономики, поддержании и улучшении окружающей среды. Оно позволяет в условиях изменений климатических условий и социальных обстоятельств стабильно обеспечивать население продуктами питания, лекарствами, сырьем для целого ряда отраслей промышленности и др. «Эрозия генофонда» — сужение видового и внутривидового разнообразия культурных растений, когда выращиваются только сорта и формы, обеспечивающие наибольшую прибыль, ставит под угрозу сельское хозяйство в целом, следовательно благополучие и само существование населения [1, 2]. Все это определяет необходимость эффективного использования и сохранения генетического разнообразия растений для современного и будущих поколений [3,4]. Мировой опыт доказал, что наиболее оптимальным путем эффективного использования и сохранения генетического разнообразия растений является создание и ведение банков генетических ресурсов растений.
В Украине начало целенаправленной деятельности по мобилизации генетических ресурсов растений для сельского хозяйства связано с организацией Полтавского (1884 г.) и Одесского (1895 г.) опытных полей, Плотянской (1893), Ивановской (1897), Харьковской (1908) и других сельскохозяйственных опытных станций, созданных губернскими обществами сельского хозяйства [5]. Были проведены экспедиции, собравшие большие коллекции зерновых, зернобобовых, крупяных, масличных, овощных культур; богатый сортовой материал был завезен и получен по выписке из-за границы. Все это послужило основой для первых этапов научной селекции. С 1901 г. эта работа стала координироваться с деятельностью Бюро по прикладной ботанике, руководимым Р. Э. Рэгелем, а с 1920 г. — Н. И. Вавиловым. Украинские ученые внесли большой вклад в создание мировой коллекции Всесоюзного института растениеводства (ВИР), были верными соратниками Н. И. Вавилова. Украинский агроном–селекционер Сахаротреста В. Н. Лебедев был участником экспедиции Н. И. Вавилова в Афганистан. Ряд выдающихся ученых Украины были приглашены на работу в ВИР и в вавиловский Институт генетики АН СССР, где были созданы благоприятные условия для раскрытия их таланта: цитолог Г. А. Левитский (Киев), ботанико-географ Е. В. Вульф (Крым), специалист по семеноведению и генетическим ресурсам растений Н. Н. Кулешов, генетик и селекционер М. И. Хаджинов (Харьков), плодовод В. В. Пашкевич (Крым), специалист по клубнеплодам В. С. Лехнович (Каменец-Подольский), генетик П. К. Шкварников (Одесса) и другие [6]. На бывшей Одесской селекционной станции (ныне Селекционно-генетический институт — СГИ, г. Одесса) по инициативе Н. И. Вавилова Д. А. Долгушин провел уникальные исследования обширной коллекции пшеницы (10 тыс. образцов) на фоне яровизации [7].
В 1925–1936 гг. близ пос. Валки Харьковской обл. активно и плодотворно работало Украинское отделение, позднее опытная станция ВИР. В 1937 г. была создана Крымская помологическая станция ВИР (близ г. Севастополь). С 1954 г. в систему ВИР была включена Устимовская опытная станция растениеводства, ранее специализировавшаяся на каучуконосах. В 1956 г. в Украинском НИИ растениеводства, селекции и генетики была создана лаборатория растительных ресурсов (под руководством известного генетика Л. Н. Делоне), работавшая в тесном сотрудничестве с ВИРом. В 70-е — 80-е годы при Мироновском институте пшеницы им. В. Н. Ремесло работал опорный пункт ВИР по зерновым культурам. В это же время при СГИ функционировал координационный центр по селекции Совета Экономической взаимопомощи, также тесно взаимодействовавший с ВИРом. Селекционеры Украины активно и регулярно передавали в коллекцию ВИР созданные ими замечательные сорта и селекционный материал (В. Я. Юрьев, В. И. Дидусь, В. Н. Ремесло, Ф. Г. Кириченко, А. А. Горлач, П. Ф. Гаркавый, П. В. Кучумов, В. С. Голик и многие другие). Богатое разнообразие староместных форм гречихи, собранное в экспедициях Е. С. Алексеевой, было передано в ВИР. В свою очередь, ВИР регулярно снабжал украинских селекционеров исходным материалом, что в значительной мере обусловило передовые позиции украинской селекции в СССР и в мире. Таким образом, система генетических ресурсов растений Украины создавалась в тесном взаимодействии с научным сообществом бывшего СССР.
В 1992 г. начато создание Национального генбанка растений Украины как системы коллекций генофонда с.–х. культур, формирование которых вели 34 специализированные на этих культурах селекционные и научно-исследовательские учреждения [8]. Научно-методическое руководство и координацию этой работой осуществляет Национальный центр генетических ресурсов растений Украины (НЦГРРУ), действующий в составе Института растениеводства им. В. Я. Юрьева. На конец 2017 г. сформирован генбанк, насчитывающий 148,5 тыс. образцов, представляющих 428 культур, 1770 ботанических видов. Он является одним из десяти самых богатых генбанков мира. Двенадцать его коллекций полевых культур отнесены ФАО к важнейшим и крупнейшим в мире по объему и многообразию: пшеницы, тритикале, кукурузы, сои, нута, гороха, фасоли, проса, гречихи, чины, мака масличного, яблони. Образцы украинского происхождения составляют в Генбанке 52,6 тыс. шт., или 35,5 %. Постановлением Кабинета Министров Украины в 1999 г. коллекции Генбанка Украины отнесены к научным объектам, которые составляют национальное достояние.
Важным направлением работы Генбанка является плановая интродукция новых образцов генофонда как растений, культивируемых в Украине, так и из других стран — путем обмена и в рамках совместных научных программ. Ежегодно Генбанк пополняется 5–6 тыс. новых образцов сельскохозяйственных культур. Осуществляется широкое международное сотрудничество с организацией Bioversity International, в т. ч. в рамках Европейской кооперативной программы по генетическим ресурсам растений (ECPGR), селекционными и научными учреждениями, семеноводческими фирмами, частными лицами более чем в 30 странах: России, Беларуси, Литве, Чехии, Словакии, Венгрии, Румынии, Германии, Великобритании, Нидерландах, Казахстане, Турции, Канаде, США, Мексике и др.
На основе сотрудничества с Международным центром улучшения кукурузы и пшеницы (CIMMYT, Мексика) и его Турецким филиалом, Международным центром сельскохозяйственных исследований на аридных территориях (ICARDA, Ливан) в Украине изучаются сорта и линии из международных питомников испытаний селекционного материала пшеницы мягкой и твердой, ячменя, зернобобовых культур — нута, чечевицы, бобов, вики, чины; ценные образцы включаются в Генбанк.
С целью сбора местных культурных и диких образцов генофонда растений проводятся экспедиционные обследования регионов Украины. С 1992 г.. проведено 45 экспедиций, в том числе 24 совместно с учеными других стран: России, США, Канады, Польши, Словакии, Литвы, Молдовы. Собрано более 4,5 тыс. образцов генофонда растений, относящихся к 225 видам растений, из которых 75 культурных и 150 дикорастущих.
Среди ценного материала, собранного экспедициями, древние, сохранившиеся до настоящего времени, ландрасы яровой ржи из Карпатского региона и Украинского Полесья, кремнистой кукурузы «Гуцульская», бобы, вика сорта «Калуская» с Карпат; широкое разнообразие фасоли обыкновенной и многоцветковой с Западной Украины; крестоцветных — репа, рыжик, горчица из Волынского региона; зернобобовые — нут, чина из Юго-Западного (Одесская обл.) и Восточного (Донбасс) регионов; древние формы яблонь, груш, слив, вишни и черешни, абрикоса, ореха из старых садов в разных населенных пунктах Украины; формы овощных культур, созданные народными селекционерами–любителями в разных местах Украины: чеснока, лука, помидоров, картофеля. Ценны образцы дикорастущих кормовых бобовых и злаковых растений, приспособленные к широкому диапазону условий: засушливым с засоленными почвами — южной Степи, с избыточным увлажнением и подкисленными бедными почвами — Полесья, с плодородными черноземными почвами и достаточно благоприятным климатом — Центрального региона Украины. Определены объекты для мониторинга состояния ценозов ценных и редких генотипов кормовых, лекарственных и других растений, их основательного изучения, сохранения и воспроизводства in situ.
Образцы Национального генбанка комплексно изучаются по хозяйственным и биологическим признакам: урожайности и элементам ее структуры, продолжительности вегетационного периода, устойчивости к абиотическим (засуха, мороз, засоленность почв и т. д.) и биотическим (болезни, вредители) факторам, технологичности при выращивании (устойчивость к полеганию и осыпанию, расположение нижнего плода, пригодность к комбайнированию т. д.), качеству продукции: хлебопекарным, крупяным и макаронным качествам пшеницы, пивоварным — ячменя, крупяным — гречихи и проса и т. п.; содержанию и составу белка в зерне зерновых и зернобобовых культур, крахмала в картофеле, масла в подсолнечнике, рапсе, льне и др.; витаминов, сахаров, органических кислот и др. в плодовых, овощных культурах; биологически активных веществ в лекарственных и эфиромасличных растениях; питательности и качеству кормовой массы в кормовых культурах и т. д. Изучение проводится согласно методик и классификаторов признаков, разработанных по каждой культуры организацией Bioversity International, в частности, рабочими группами ECPGR; Всероссийским институтом генетических ресурсов растений им. М. И. Вавилова (ВИР), генбанками Украины, США, Чехии, Германии и других стран. Ежегодно по ценным хозяйственным признакам исследуется до 22,0 тыс. образцов, что позволяет выделить 1,5–2,5 тыс. источников и доноров ценных хозяйственных признаков. Ежегодно 7–8 тыс. пакетов образцов передаются пользователям по запросам для использования в селекционных, научно-исследовательских, учебных программах.
Актуальными являются вопросы обеспечения доступа пользователей и более эффективного использования образцов генофонда в селекции, научных исследованиях, учебных программах при условии соблюдения прав авторов и владельцев; сохранения генофонда как национального достояния Украины и общечеловеческой ценности. В Украине эти вопросы в значительной степени решаются формированием базовых, сердцевинных, признакових, генетических и других типов коллекций и их регистрацией в НЦГРРУ. Регистрируются также ценные образцы генофонда. Для этого разработана методология и Положения о регистрации. На зарегистрированные коллекции и образцы выдаются свидетельства, удостоверяющие научный приоритет авторов. В настоящее время зарегистрировано 259 коллекций, в т. ч. 24 базовые, 5 сердцевинных, 111 признаковых, 8 генетических, 22 специальных, 66 рабочих, 23 учебных; 1748 ценных образцов генофонда 127 культур. Регистрируются коллекции и образцы генофонда как из Украины, так и из других стран.
Ежегодно в Государственный реестр Украины включается 60–70 сортов, созданных на генетической основе образцов Национального генбанка. Именно генетическое разнообразие исходного материала позволило создать новую в Украине синтетическую зерновую культуру — тритикале яровое, по которой создано и включено в Государственный реестр 8 сортов.
С другой стороны, генофонд Национального генбанка является основой для возрождения древних культур ценных для потребления человеком, но в настоящее время забытых и пропавших с полей: пшеницы — полбы, спельты, однозернянки, голозёрного ячменя и других. На нем базируется развитие нетрадиционных направлений селекции, например создание мягкозерной пшеницы; сверхсахарной, восковидной, высокоамилозной кукурузы; высокоолеинового и высокопальмитинового подсолнечника; различных сортотипов помидоров — черри, с плодами разной окраски (фиолетовой, желтой, малиновой, розовой и т. д.), различной формы (перце- и банановидные) с высоким содержанием антоцианов, каротина и т. п.; созданы сорта конопли (впервые в мире) и мака масличного, лишенные наркотических веществ и многие другие.
Образцы Генбанка широко использованы в фундаментальных и прикладных исследованиях по генетике, молекулярной биологии, физиологии питания растений и продукционного процесса, морозо- и засухоустойчивости, ассоциативной и симбиотической азотфиксации, иммунитета к болезням и вредителям, технологии пищевых продуктов и других научных направлениях. На научные разработки с использованием образцов генофонда получен ряд патентов, информация о которых размещена на сайте: http://www.yuriev.com.ua/index.php?option=com_content&view=article&id=48&Itemid=15&lang=ru Результаты изучения публикуются в каталогах образцов генофонда, монографиях, учебных пособиях, статьях в научных журналах и массовых изданиях, докладываются на научных конференциях и публикуются в их материалах, демонстрируются на полевых семинарах и выставках. НЦГРРУ издает научный журнал «Генетические ресурсы растений», который размещен на сайте: http://genres.com.ua/ru/.
Коллекции Генбанка в основном инвентаризованы, информация о 105,1 тыс. образцов относящихся к 492 культурам, 1730 видам растений сосредоточена в Информационной системе «Генофонд растений». Паспортные данные 94,0 тыс. образцов включены в Европейский каталог генетических ресурсов растений (EURISCO), доступ к которому обеспечен в Интернете на сайте: https://eurisco.ipk-gatersleben.de/apex/f?p=103:11:::NO::P11_MLS,P11_AEGIS:999,999 Базы данных ИС «Генофонд растений» используются для формирования и мониторинга коллекций Национального генбанка растений, их пополнение, доступа пользователей к образцам генофонда в Украине и за рубежом.
Для долгосрочного хранения семян образцов Генбанка в НЦГРРУ создано и функционирует Национальное хранилище семян образцов генофонда. В нем хранится 69,5 тыс. образцов, относящихся к 731 виду культурных растений и диких родственных форм. В том числе в морозильной камере (минус 20 ° С) на длительном хранении находятся 45,6 тыс. образцов, в холодильной камере (4 ° С) на среднесрочном хранении — 12,8 тыс. образцов; в условиях нерегулируемой температуры, но в герметически закрытой таре осуществляется краткосрочное хранение активных коллекций общим объемом 9,7 тыс. образцов. Образцы культур, репродуцируемых вегетативно, хранятся в полевых коллекциях: 25,3 тыс. образцов плодовых, ягодных, орехоплодных, декоративных лесных культур и винограда; 3,6 тыс. образцов картофеля, 0,1 тыс. — овощных культур, 1,2 тыс. — технических, эфиромасличных и лекарственных растений.
НЦГРРУ сотрудничает с Глобальным Трастом разнообразия культурных растений, в частности, в закладке семян образцов генофонда на длительное хранение в Свальбардское всемирное хранилище семян. В настоящее время в него заложены семена 2780 образцов пшеницы, фасоли, чины, нута, чечевицы.
Генетические ресурсы дикорастущих сородичей сельскохозяйственных растений, которые являются источниками ценных генов устойчивости к болезням и вредителям, неблагоприятным абиотическим факторам окружающей среды, качества продукции и т. п., сохраняются in situ, то есть в условиях их естественного роста, включая природные заповедники, национальные парки и др. Поскольку эти генетические ресурсы нередко находятся под угрозой уничтожения в результате негативного влияния антропогенных факторов, они должны быть сохранены также ex situ — в Генбанке, в соответствии с Конвенцией о биологическом разнообразии, ратифицированной Украиной в 1994 г.
Важной проблемой является поддержание подлинности образцов Генбанка. Проверка образцов на подлинность осуществляется с помощью морфологических, биохимических и генетических маркеров.
Для повышения эффективности формирования, ведения и использования коллекций образцов генофонда растений осуществлен ряд методических разработок, основанных на 25-летних результатах работы, и которые являются основой обобщенной методологии ведения Национального генбанка растений Украины. В т. ч. разработан и введен в действие Государственный стандарт Украины 7066.2009 «Генетические ресурсы растений. Термины и определения понятий».
Работа с генетическими ресурсами растений для продовольствия и сельского хозяйства очень специфична и требует специализированной подготовки квалифицированных кадров. С этой целью в НЦГРРУ разработана и внедрена в университетах Украины программа учебного курса «Генетические ресурсы растений». В НЦГРРУ ежегодно проводятся курсы повышения квалификации «Формирование, ведение, эффективное использование коллекций генетических ресурсов растений».
Национальный Генбанк растений Украины открыт для сотрудничества и обмена материалом с государственными, частными учреждениями, учебными заведениями, частными лицами в Украине и странах мира.
Литература:
- Алексанян С. М. Агробиоразнообразие и политика // РАСХН, ВНИИР им. Н. И. Вавилова. СПб, 2002. — 362 с.
- D. Rogers, P. McGuire. 2015. Genetic Erosion: Context is key. In: M. R. Ahuja, S. Mohan Jain, Editors. Genetic Diversity and Erosion in Plants. Indicators and Prevention. Vol. 1. Springer Int. Publishing Switzerland. P. 1–24.
- Алексанян С. М. Государство и биоресурсы: монография // РАСХН, ВНИИР им. Н. И. Вавилова. СПб, 2003. — 180 с.
- M. Veteläinen, Negri V. And Maxted N. 2009. European landraces on farm conservation, management and use. Bioversity Technical Bulletin No. 15. Bioversity International, Rome, Italy, 344 p.
- Власова Г. Розвиток сільськогосподарської дослідної справи в Україні (кінець XIX — початок XX сторіччя) // В кн.: Наслідки наук. пошуків молодих вчених- агрономів в умовах реформування АПК. Ч. 1. Чабани, 1996. С. 50–56 (На украинском языке).
6. Соратники Николая Ивановича Вавилова. Исследователи генофонда растений // РАСХН, ВНИИР им. Н. И. Вавилова. СПб, 1994. — 615 с.
- Долгушин Д. А. Мировая коллекция пшениц на фоне яровизации // М.: Сельхозгиз, 1935. — 111 с.
- Рябчун В.К,, Богуславский Р. Л. Проблемы и перспективы сохранения генофонда растений вУкраине // Харьков, Институт растениеводства им. В. Я. Юрьева, 2002. — 37 с.
